土壤重金属生物可利用性影响因素及模型预测

我国土壤环境污染形势严峻,在生物有效性(bioavailability)的测试评估和预测模型等方面的研究相对较少,导致不能精确地评估污染土壤的生态风险.作为生物有效性的重要反映指标,对土壤中镉(Cd)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)和铅(Pb)的生物可利用性(bioaccessibility)进行研究.筛选了已发表论文中生物可利用性与所对应的土壤性质的数据,并分析了它们之间的潜在关系,总结了现有的土壤重金属生物可利用性的测试方法,探究了生物可利用性含量与测试方法以及生物有效性含量之间的影响规律,并建立了生物可利用性含量的回归预测模型.结果表明,生物可利用性含量与重金属总含量间呈极显著(P<0.01)的正相关关系,与土壤pH相关性显著(P<0.05).测试方法的不同对生物可利用性含量有明显的影响,各测试方法测定的生物可利用性含量占比规律为：体外胃肠道模拟>化学试剂提取.各测试方法测定的Cd和Pb的生物可利用性含量占比均较高(均值分别为42.12%和37.33%),说明Cd和Pb较易于被生物体吸收,也应关注由此造成的生态风险.基于生物类型对测试方法进行了分组,以削弱不...     

闽西南土壤-水稻系统重金属生物可给性及健康风险

结合简单的生物可给性提取法(SBET)与健康风险评价模型,研究了闽西南农田土壤-水稻系统中重金属的生物可给性及健康风险.结果表明,闽西南农田土壤和稻米中部分重金属已存在富集.土壤中Cd、Zn、Pb和Cu含量分别在32.4％、15.5％、14.1％和12.7％的区域超过农用地土壤污染风险筛选值(GB 15618-2018...     

植物性食物中重金属生物可利用性研究进展

重金属生物可利用性是衡量重金属污染对人体危害的重要指标,也是健康风险评价中最为关键的因子。该文以植物性食物中重金属生物可利用性为出发点,综述了国内外有关重金属在土壤、植物以及人体中的生物可利用性最新研究进展,分析了化学提取法、植物指示法和生物模拟法在重金属生物可利用性研究中的应用现状,并提出了未来的研究方向和重点。     

生物可利用性及其在重金属污染生态风险评价中的作用

通过化学方法可以确定重金属污染的生物可利用性,常用的化学方法主要有化学试剂提取法、酸挥发性硫化物方法、毒性特征浸取过程方法、薄层梯度扩散方法、同住素稀释技术。由形态分析结果得到生物可利用浓度或者剂量可以进行定量生态风险评价;通过生物可利用浓度或剂量与毒性参数的比值分析可以进行定性风险评价。     

广西典型碳酸盐岩区农田土壤-作物系统重金属生物有效性及迁移富集特征

为揭示碳酸盐岩地质高背景区土壤重金属生态风险,选择广西典型的成土母岩为碳酸盐岩的土壤重金属高背景区,采集水稻籽实及对应根系土样品68套,在分析测试土壤、农作物籽实样品中砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、汞(Hg)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)这8种重金属含量及土壤中重金属赋存形态的基础上,采用统计学、地累积指数、生物富集系数及相关性分析等方法开展土壤重金属生态风险研究.结果表明,研究区土壤中8种重金属平均含量明显高于全国和广西表层土壤的平均水平,其中Cd、As和Cr超过农用地土壤污染筛选值的比例分别达95. 6%、86. 8%和69. 1%,超过土壤污染管控值的比例分别为27. 9%、17. 6%和5. 9%.区内土壤中As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要以残渣态为主(残渣态占比> 80%),显示出较低的生物活性; Cd的生物活性相对较高,生物有效态组分占20. 99%,但仍明显低于全国其它非碳酸盐岩地区的土壤; Hg的潜在生物有效态组分占44. 04%,然而土壤中Hg全量较低,因此其潜在生物有效态的绝对含量较低.与土壤相比,研究区水稻籽实中重金属超标率明显...     

广东沿岸海域生物可利用性重金属的地理分布

利用牡蛎做监测生物，研究了广东沿岸海域生物可利用性重金属Ｃｄ，Ｃｕ和Ｚｎ的地理分布。牡蛎体的Ｃｄ，Ｃｕ和Ｚｎ含量存在着显著的地域差异，反映了广东沿岸海域生物可利用性的Ｃｄ，Ｃｕ和Ｚｎ在地域上存在很大的梯度。由牡蛎显示出的广东沿岸海域生物可利用性重金属的地理分布与广东沿岸海域受人为来源的重金属输入状况相一致，如实地反映了广东沿岸海域重金属污染的基本特征。     

土壤镍各形态的生物可利用性研究

采用＾６３Ｎｉ示踪法和连续提取技术，并综合运用剔除法，人工模拟法，幼苗试验法和盆栽试验法及统计分析法研究了各形态土壤镍的植物可利用性。结果表明，土壤中水溶交换态Ｎｉ是植物可利用性Ｎｉ的主要形态，碳酸盐盐和有机态Ｎｉ有一定贡献，铁锰氧化物结合态和残留态Ｎｉ对植物几乎无效。     

株洲市农田土壤重金属生物可给性及其人体健康风险评估

在我国湖南株洲市采集42个农田土壤样品,利用SBET(simple bioavailability extraction test)方法研究土壤中重金属生物可给性,探讨了其与土壤理化性质之间的关系,并采用目前常用的人体健康风险评估方法,评估了该地区土壤重金属经口腔摄入后对人体的健康风险. 结果表明:研究区土壤中Cr、Cu、Zn、As、Cd和Pb总量(以w计)分别为101~407、22.9~139、64.0~2286、5.80~137、0.310~26.4和17.9~691mg/kg,生物可给量(以w计)分别为3.80~38.1、1.96~106、5.06~1516、0.160~53.6、0.140~21.3和10.8~570mg/kg. 不同重金属的生物可给性差异很大,生物可给性平均值为Cd(66.0%)>Pb(59.0%)>Cu(44.9%)>Zn(35.8%)>As(16.9%)>Cr(5.72%). 采用统计学上的显著模型,可通过土壤重金属总量、pH、w(OM)(OM为有机质)和w(TC)(TC为全碳)较好地预测该地区土壤重金属的生物可给量. 儿童的HI(总非致癌风险)和TCR(总致癌风险)均高于成人,HI和TCR平均值分别约为成人的8.0和1.5倍. 用土壤重金属总量评估经口摄入途径的风险高估了实际的人体健康风险,用重金属生物可给性进行调整后风险显著降低,HI和TCR平均值分别降低了71%和74%. 但用生物可给性进行调整后仍有部分采样点的HI或TCR超过风险阈值,需要引起特别关注.      

盐沼植物翅碱蓬根际沉积物常见重金属分布及生物可利用性

翅碱蓬（Suaeda heteroptera）根际沉积物中四种常见重金属（Cu、Zn、Pb和cd）的总量次序为Zn〉Pb〉Cu〉Cd,且随潮滩变化明显。重金属总量在根际沉积物中高于非根际沉积物,尤以中潮滩差异最显著。对根际沉积物重金属5种化学形态（交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态和残渣态）分析发现,Cu、Pb均以残渣态为主,其次为碳酸盐结合态,可交换态为最低;Zn以可交换态为主,其次分别为碳酸盐结合态和残渣态,最低为铁锰氧化物结合态和有机态。基于生物可利用性,上述5种形态可以分为活性态（包括交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态）和残渣态两大类。研究发现,根际沉积物化学形态转化趋势与元素性质有关,Cu、Pb由活性态向残渣态转化,生物可利用性降低;Zn由残渣态向活性态转化,生物可利用性升高。     

锑矿区土壤重金属生物可给性及人体健康风险评估

采集湖南省冷水江市锡矿山锑矿区29个土壤样品,测定土壤中的重金属(Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Sb)浓度,并对其污染状况作出评价;用简化生物可给性提取(simplified bioaccessibility extraction test,SBET)法研究重金属生物可给性,并用人体健康风险模型评估该地区土壤重金属经口腔摄入后对成人的健康风险。结果表明,锑矿区土壤As和Sb的污染最为严重,且具有同源性,受人类活动影响较大。不同重金属生物可给性差异很大,重金属生物可给性平均值为Mn(36.7%)Cd(30.7%)Pb(24.4%)Zn(23.1%)Cu(12.0%)As(5.89%)Fe(3.88%)Sb(2.13%),表明经口摄入重金属大部分不被人体吸收;用总量评估经口摄入途径风险时过高估计了实际的人体健康风险,用生物可给性进行调整后风险值显著降低,总非致癌风险(HI)和总致癌风险(TCR)平均值分别降低约97%和92%。主导健康危害效应的主要污染因子是Sb和As,调整后尾矿坝(S5)处仍有部分采样点总非致癌风险超过风险阈值,需要特别关注。     

重金属形态与生物毒性及生物有效性关系的研究进展

简要介绍了近年来环境化学中与生物毒性有关的重金属化学形态分析研究。同时归纳了环境因素对形态分布及生物毒性影响的研究进展,如何建立起形态和毒怀两者间的联系,即由物理化学测试给出生物毒性和生物有效性信息,是形态分析的发展方向,在形态与生物毒性上建立起飞析的水质标准,是目前研究的重点。     

沉积物中重金属的形态及生物有效性研究进展

介绍了近年来河流沉积物中重金属的形态分析及生物有效性的研究现状,分析了沉积物中不同重金属形态分布特征及迁移转化的原因,总结了重金属各种形态的生物有效性的影响因素,并在此基础上提出了今后在沉积物重金属研究中需要解决的问题和发展方向.     

上海城市地表灰尘重金属污染粒级效应与生物有效性

以上海中心城区为例,在分析地表灰尘重金属污染粒级效应基础上,研究重金属赋存形态及其生物有效性.结果表明,地表灰尘平均中值粒径为132 μm,低于75 μm粒径级别颗粒物占有最大的体积含量.重金属污染显示出明显的粒级效应,随着粒径降低,重金属含量呈现明显的增加趋势,150 μm和75 μm是主要级别,其中<75 μm颗粒物污染物含量依次为Cr>Pb>Cd>Zn>Ni>Cu.对地表灰尘重金属赋存形态研究表明,Zn以碳酸盐态为主;Ni以残渣态为主;Pb主要为铁锰结合态存在,Cu和Cd则以有机态为主;Cr主要以残渣态存在.重金属活性形态比例依次为Zn>Pb>Ni>Cd>Cu>Cr.与国外城市相比,上海城市地表灰尘Zn、Pb和Ni生物活性比例较大,而Cu和Cd活性比例相对较低,Cr活性水平与其它城市相当,环境危害相对最小.     

微生物全细胞传感器在重金属生物可利用度监测中的研究进展

传统的物理化学方法主要用于测定环境重金属的总量,微生物全细胞传感器可以对土壤及水体环境的重金属生物可利用度进行监测.此外,微生物全细胞传感器还具有操作简单、快速、经济的特点,适用于污染事件的应急监测.微生物全细胞传感器的生物学元件主要由MerR、ArsR、RS等家族的金属调控蛋白和gfp、lux、luc等报告基因组成.调控蛋白、报告基因与微生物全细胞传感器的灵敏度、特异性和监测特点有关.受pH、金属螯合物及检测条件等因素的影响,不同的环境条件下的重金属生物可利用度是不同的.增加重金属在微生物细胞内的累积,进行调控蛋白的分子生物学改造,优化检测条件是提高传感器灵敏度、特异性和准确性的可行方案.实现污染物的原位和在线监测是微生物全细胞传感器的主要发展方向.     

城市地表灰尘-降雨径流系统重金属生物有效性研究

以上海中心城区为例,定点采集地表灰尘、径流悬浮物、雨水口和河流沉积物,探讨重金属在地表灰尘-降雨径流系统中的环境行为及其生物有效性变化.研究表明,研究区域地表灰尘重金属浓度高于上海土壤背景值,其中Zn、Pb、Cd和Cu高出5~7倍,Cr和Ni高出2倍,径流非点源污染Pb、Cr和Ni贡献较大,Cd、Cu和Zn污染程度较轻.多介质赋存形态研究表明,重金属生物有效性依次为Zn>Ni>Cd>Cu>Pb>Cr.其中Cr、Zn和Cu在4种介质中分别以残渣态、碳酸盐态和有机态为主;Ni地表灰尘以残渣态为主,其它3种介质以碳酸盐态为主;Cd地表灰尘以有机态为主,径流悬浮物以非稳定形态为主;Pb在迁移过程中主导形态由铁锰结合态变为有机态.非稳定形态(F1+F2)在径流悬浮物组分中占有最高比例,6种重金属迁移比率平均值为1.74,说明从地表灰尘到径流颗粒物,重金属生物有效性明显升高,径流水体毒性和潜在生态效应值得关注;雨水口和河流沉积物残渣态含量较高,成为重金属在城市地表环境迁移的蓄积库.     

湘西花垣矿区土壤重金属污染及其生物有效性

以花垣矿区4个锰矿点、5个铅锌矿点为现场,对湘西花垣矿区的土壤重金属总量及有效态含量进行了测定,采用污染指数法对矿区土壤重金属污染状况进行了评价,在此基础上,结合主成分分析和线性回归分析等统计学方法,探讨了该矿区重金属污染的主要因子,重金属有效态含量与其对应总量的关系.结果表明:①两矿区土壤Mn、Pb、Cd含量较高,分别为湖南省土壤背景值的8.7、21.5和2.9倍,且大多数土样Pb、Cd含量超过国家土壤环境质量三级标准,对矿区土壤造成污染.②重金属污染评价结果显示,目前两矿区土壤受到轻度的Pb污染,中-重度Cd污染.综合污染指数显示锰矿区为轻-中度污染;铅锌矿区为中-重度污染.③两矿区土壤中Pb、Cd有效态含量相对较高,占总量的比例>10%,且DTPA提取态Mn、Pb、Zn、Cd含量与其总量呈极显著正相关(P<0.01).主成分分析结果显示,Mn、Pb、Zn、Cd和DTPA-Mn、DTPA-Pb、DTPA-Zn、DTPA-Cd是导致花垣两矿区重金属污染的主要因子.因此,应采取一定措施对矿区土壤重金属污染进行治理.     

宝鸡市区土壤重金属污染影响因子探测及其源解析

为深入分析工业城市土壤重金属污染的影响因子及来源途径,本文以宝鸡市区采集的62份表层(0～20 cm)土壤样品为研究对象,使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定重金属(Cd、As、Cu、Pb、Zn、Cr、Mn和Ni)含量,基于地统计方法及地理探测器模型,以土壤重金属污染负荷指数(PLI)为主导指标,探测土壤重金属污染的影响因子,并使用Unmix6. 0受体模型进行重金属源解析.结果表明:①宝鸡市区表层土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn、As、Cr、Mn和Ni含量均值分别为0. 77、16. 75、40. 52、261、17. 03、49. 18、331和30. 52 mg·kg~(-1),其中Cd和Zn均值超过了国家二级标准,是陕西省土壤背景值的8. 2倍和3. 8倍,Cu、As和Ni均值也超过了陕西省土壤背景值,Cd和Zn在城区土壤中存在重度污染现象.②宝鸡市区表层土壤重金属区域总污染负荷指数(PLI_(zone))达1. 36,为轻度污染,经地理探测器分析,土壤质地和铁路距离对污染分布的解释力最强,P_(D,H)分别为0. 040和0. 026,交互解释力均达0. 099.③Cd、Cu和As主要为工农业活动所致的"人为源",Zn和Ni为交通排放造成的"人为源",Cr、Pb和Mn主要为"混合源".研究区表层土壤重金属主要来源为"混合源",为轻度污染级,土壤质地和距铁路距离是土壤重金属污染的主要影响因子.本研究可以为宝鸡市土壤重金属污染与防治提供科学依据.     

湖南省某典型流域农用地土壤重金属污染及影响因素

农田土壤环境直接关系到农产品质量安全,是维系“菜篮子”工程、保障“吃的放心”的重要基础,近年来受到广泛关注.为探明农田土壤重金属污染分布特征及主要影响因子,以污染问题突出、地势起伏较大、水网密布的我国湖南省某典型流域为研究区,以流域主干河流沿线的农田土壤为研究对象,借助单因子指数、内梅罗指数和潜在生态危害指数,综合评价土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr这5种重金属的污染状况;结合多元统计分析与地统计分析的方法,分析土地利用类型、地形因子与重金属含量的关系,并对土壤重金属空间分布和污染来源进行探究.结果表明:①研究区土壤Cd、Hg、As、Pb、Cr的平均含量分别为1.59、0.19、33.01、229.95、72.78 mg/kg.其中,Cd、As、Pb的平均含量均超过研究区土壤背景值.②内梅罗指数分析显示,研究区中77.16%的土壤点位评价结果为重度污染;与GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》中农用地土壤污染风险管制值相比,土壤点位中Cd、As、Pb超标现象突出,主要分布于流域上游西部;综合潜在生态危害评价结果表明,3.05%的土壤点位表现为强生态风险及以上.③不同土地利用类型中,土壤重金属含量存在显著差异.旱地、水田、果园土壤中Cd、Hg、As、Pb的含量依次降低.高程与各重金属（除Hg外）含量均呈显著相关（P < 0.05）,坡度、坡向与各重金属含量的相关性均不显著（P < 0.05）.④源解析结果表明,流域农田土壤中Cd、As、Pb受到工业生产活动、交通运输、农业活动的综合影响,Hg、Cr主要来源于成土母质等自然因素.研究显示,研究区土壤中重金属存在一定程度的污染,重金属富集受土地利用类型、高程及人为因素的影响较明显.